جنرال لواء

يطور مهندسو بيركلي نظامًا جديدًا يحول حرارة النفايات من الإلكترونيات إلى طاقة


نحن على دراية جيدة بحقيقة أن الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، هذه الطاقة الحرارية هي لعنة وليست نعمة. يمكن رؤية المثال الرئيسي في الإلكترونيات على أنه حرارة.

لقد رأينا هذا في الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو الهواتف التي تسخن تحت الحمل الثقيل. كمرجع ، يتم إهدار 70٪ من الطاقة المنتجة في الولايات المتحدة كحرارة. هذه في الواقع هي الطاقة المهدرة ، واستعادة نفس الطاقة غالبًا ما تكون مكلفة!

وجدت دراسة عن كثب للحالة أن معظم الحرارة الناتجة عن الأجهزة الإلكترونية تقل عن 100 درجة مئوية. سيؤثر النظام الذي يمكنه إعادة تدوير هذه الطاقة على سيناريو الطاقة بالكامل في العالم بطريقة جيدة جدًا.

قام المهندسون في جامعة كاليفورنيا في بيركلي بقفزة هائلة في هذا الصدد. لقد طوروا نظام غشاء رقيق يمكن استخدامه لتحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة قابلة للاستخدام.

النظام بأكمله ممكن من خلال طريقة تسمى تحويل الطاقة الكهروحرارية والتي تعمل باستخدام الدورات الديناميكية الحرارية. يقوم بتحويل الحرارة التي تقل عن 100 درجة مئوية إلى كهرباء بدون أي أجزاء متحركة.

التحويل الكهروحراري هو مفهوم تم الحديث عنه من قبل ، ولكن نظرًا لنسبة تحويل الطاقة المنخفضة ، لم تنطلق الفكرة أبدًا. ومع ذلك ، فإن الرقيقة النانوية الجديدة التي طورها المهندسون تشهد زيادة غير مسبوقة في الكفاءة والفعالية.

يمكن استخدام هذه التقنية الجديدة على الأجهزة الإلكترونية من أي نوع التي تنتج حرارة مهدرة. ومع ذلك ، فإن الإمكانات الحقيقية تكمن في أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية المحمولة.

قال كبير المؤلفين لين مارتن ، الأستاذ المشارك لعلوم وهندسة المواد في جامعة كاليفورنيا بيركلي: "يمكن أن تساعدنا هذه الأغشية الرقيقة في استخلاص طاقة أكثر مما نفعله اليوم من كل مصدر للطاقة".

يبلغ سمك نظام الأغشية الرقيقة المستخدم لحصاد الطاقة الحرارية 50-100 نانومتر فقط ، وبالتالي يمكن تركيبه على الأجهزة الإلكترونية المعقدة بأقل قدر من التدخل أو بدونه على الإطلاق. باستخدام هذه التكنولوجيا ، تمكن الفريق من وضع معيار جديد لفيزياء الطاقة الحرارية.

وأضاف مارتن: "من خلال إنشاء جهاز من طبقات رقيقة ، يمكننا إدخال الحرارة إلى هذا النظام وإخراجه منه بسرعة ، مما يتيح لنا الوصول إلى الطاقة الكهروحرارية بمستويات غير مسبوقة لمصادر الحرارة التي تتقلب بمرور الوقت".

قدم الفيلم الجديد البيانات التالية تحت ظروف الاختبار:

كثافة طاقة تحويل الطاقة الكهروحرارية - 1.06 جول لكل سنتيمتر مكعب

كثافة الطاقة - 526 واط لكل سنتيمتر مكعب

كفاءة - 19 بالمائة من كفاءة كارنو

بالنسبة لفريق البحث ، فإن الخطوة التالية هي تحسين هذه التقنية الجديدة لاكتساب المزيد من الكفاءة. "جزء مما نحاول القيام به هو إنشاء بروتوكول يسمح لنا بدفع أقصى درجات المواد الكهروحرارية حتى تتمكن من إعطائي تيارًا من الحرارة الضائعة ويمكنني أن أحضر لك مادة محسنة لمعالجة مشاكلك ،" مارتن.

نُشر البحث مؤخرًا في مجلة Nature Minerals ويقدم مساهمات كبيرة لفهم عملية إنتاج الطاقة باستخدام عملية الطاقة الكهروحرارية.


شاهد الفيديو: تحويل النفايات الى طاقة كهربائية (سبتمبر 2021).